在傳統(tǒng)的不易燃電解液中，不易燃性和電池性能之間總是存在著權(quán)衡。此前的研究集中在減少游離溶劑和形成陰離子衍生的固體電解質(zhì)界面上。然而，溶劑化的陰離子在提高電解液穩(wěn)定性方面的貢獻(xiàn)被忽視了。

阿德萊德大學(xué)郭再萍、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室陸俊、清華大學(xué)深圳研究生院李寶華等通過采用與溶劑的古特曼供體數(shù)（DN）相似的陰離子，將陰離子引入Li⁺溶出鞘來解決這個(gè)問題。

圖1. 電解液的物化性質(zhì)

為了測試這個(gè)假設(shè)，作者選擇DN為22.2 kcal mol^?1的硝酸陰離子（NO₃^?）和磷酸三甲酯阻燃劑（TMP）（DN=23.0 kcal mol^?1）作為電解液成分，將LiNO3/TMP溶液加入到碳酸酯電解液。TMP的存在削弱了Li⁺和NO₃^?之間的靜電吸引力，但它不足以”釋放” NO₃^?。因此，TMP、NO₃^?和Li⁺之間的相互作用達(dá)到了平衡，NO₃^?被引入溶劑化結(jié)構(gòu)中。在這種設(shè)計(jì)的電解液中，由于NO₃^?的參與，溶劑化結(jié)構(gòu)中的配位碳酸酯和TMP分子的親電性都降低了，抑制了Li上的溶劑分解。

圖2. Li/Cu電池性能

此外，重要的是，這種電解液是不可燃的，自燃時(shí)間為零。它還表現(xiàn)出低粘度（4.04 mPa s^-1）和高離子電導(dǎo)率（5.42 mS cm^-1）。結(jié)果，Li/Cu電池中鋰沉積/剝離的可逆性提高到99.49%，這是非易燃電解液的最高報(bào)告值之一。

此外，盡管磷酸鐵鋰（LFP）和三元（LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂，NCM811）正極的質(zhì)量負(fù)載分別高達(dá)14.3mg cm^-2和16.7mg cm^-2，n/p比<5，并且采用貧電解液，LMB的壽命仍顯著延長。該電解液的合理設(shè)計(jì)是通用的，因此可以實(shí)際地?cái)U(kuò)展到其他堿金屬電池。

圖3. 全電池性能

Non-Flammable Ester Electrolyte with Boosted Stability Against Li for High-Performance Li metal Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202206682